RU2549367C1 - Mass spectrometer - Google Patents

Mass spectrometer Download PDF

Info

Publication number
RU2549367C1
RU2549367C1 RU2013149362/07A RU2013149362A RU2549367C1 RU 2549367 C1 RU2549367 C1 RU 2549367C1 RU 2013149362/07 A RU2013149362/07 A RU 2013149362/07A RU 2013149362 A RU2013149362 A RU 2013149362A RU 2549367 C1 RU2549367 C1 RU 2549367C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
separator
mass
electrodes
speed
ion
Prior art date
Application number
RU2013149362/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013149362A (en
Inventor
Павел Михайлович Тюрюканов
Виктория Эдуардовна Нефедова
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт имени В.И. Ленина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт имени В.И. Ленина" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт имени В.И. Ленина"
Priority to RU2013149362/07A priority Critical patent/RU2549367C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2549367C1 publication Critical patent/RU2549367C1/en
Publication of RU2013149362A publication Critical patent/RU2013149362A/en

Links

Images

Landscapes

  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: device relates to the field of measurement equipment, in particular, to mass spectrum analyser, and may be used to study substance structure, surface of solid bodies and processes of interaction as particles collide in gases and plasma. The technical result is higher accuracy of measurement of mass composition of ion flux and lower distortion in measurements due to elimination of edge effects present in usage of permanent magnets. In the device there is an analyser, which serves as a separator of arriving particles of the ion flux by speeds and comprises two cylindrical electrodes placed coaxially, with an electromagnetic winding that covers them, which provides a combination of electric and magnetic fields with orthogonal orientation of their intensities. Further in the mass spectrometer there is an electrostatic analyser along with direction of ion flux propagation, and such analyser separates the flow of particles arriving into it with the same speed according to the value of energy ratio to the charge and serves as a separator by masses. Besides, the device is equipped with generators of voltage pulses of complex shape to control voltage of outer and inner cylindrical electrodes, and also to control electromagnetic winding of the separator by speeds and electrodes of the separator by masses.
EFFECT: capability is implemented to perform measurements of ion propagation functions with high resolving capacity by speeds for each determined mass, which provides for high accuracy of measurement of ion flux mass composition.
6 dwg

Description

Предлагаемое устройство относится к области измерительной техники и, в частности, к анализаторам масс-спектров.The proposed device relates to the field of measurement technology and, in particular, to mass spectrum analyzers.

Основными областями применения анализаторов заряженных частиц по энергиям и массам являются: изучение поверхности твердых тел, исследование структуры вещества и процессов взаимодействия при столкновениях частиц в газах и плазме.The main fields of application for energy and mass analyzer of charged particles are: the study of the surface of solids, the study of the structure of matter and interaction processes in collisions of particles in gases and plasma.

При создании масс-спектрометров преследуют цель создания устройств, позволяющих проводить исследование ионизированных частиц, входящих в состав потоков плазмы и ионных пучков, с высокой точностью. Как известно, для получения масс-спектра, частицы должны быть ионизированы, т.е. пройти через ионизационную камеру, затем они вытягиваются из нее экстрактором, попадают в сепаратор, разделяются в нем по массам и поступают на коллектор, создавая в его цепи ток. Для получения спектра ионной компоненты, учитывая большой энергетический разброс ионов, используется анализатор с комбинацией электрического и магнитного полей.When creating mass spectrometers, the aim is to create devices that allow the study of ionized particles included in plasma streams and ion beams with high accuracy. As is known, to obtain a mass spectrum, particles must be ionized, i.e. pass through the ionization chamber, then they are pulled out of it by an extractor, fall into the separator, are divided by mass in it and enter the collector, creating a current in its circuit. To obtain the spectrum of the ionic component, given the large energy spread of the ions, an analyzer with a combination of electric and magnetic fields is used.

Так, известен масс-спектрометр с анализатором частиц со скрещенными электрическим и магнитным полями (FR 2695756 A1, МПК H01J 49/48, опубликованный 18.03.1994) - [1], в котором анализатор ионов представляет собой, по меньшей мере, один цилиндрический электрод для создания области электрического поля, электромагнит для создания магнитного поля, перпендикулярного упомянутому электрическому полю, и разворотные линзы для направления частиц в последующий цилиндрический электрод. Данное устройство позволяет увеличивать разрешающую способность путем удлинения области анализатора со скрещенными полями.Thus, a mass spectrometer with a particle analyzer with crossed electric and magnetic fields is known (FR 2695756 A1, IPC H01J 49/48, published 03/18/1994) - [1], in which the ion analyzer is at least one cylindrical electrode to create an electric field region, an electromagnet to create a magnetic field perpendicular to said electric field, and reversal lenses to direct particles into a subsequent cylindrical electrode. This device allows you to increase the resolution by lengthening the area of the analyzer with crossed fields.

Недостатком такого устройства является сложность конструкции и сборки прибора для обеспечения высокой точности исследований. Разворотные линзы неизбежно вызывают рассеяние частиц, что ведет к уменьшению тока на выходе анализатора, а, следовательно, и к снижению разрешающей способности прибора.The disadvantage of this device is the complexity of the design and assembly of the device to ensure high accuracy studies. Reversal lenses inevitably cause scattering of particles, which leads to a decrease in current at the output of the analyzer, and, consequently, to a decrease in the resolution of the device.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является масс-спектрометр (US 4054796 A, МПК H01J 49/28, опубликованный 18.10.1977) - [2], который содержит ионизационную камеру, диафрагму, анализатор частиц, представляющий собой параллельные электроды для создания между ними электрического поля и магнитные полюсные наконечники, для создания магнитного поля, ориентированного перпендикулярно указанному электрическому полю, диафрагму, электростатический сепаратор частиц, обеспечивающий исправление энергетической дисперсии, диафрагму и коллектор.The closest in technical essence to the proposed device is a mass spectrometer (US 4054796 A, IPC H01J 49/28, published 10/18/1977) - [2], which contains an ionization chamber, a diaphragm, a particle analyzer, which is a parallel electrode for creating between them an electric field and magnetic pole pieces, to create a magnetic field oriented perpendicular to the specified electric field, a diaphragm, an electrostatic particle separator, providing correction of the energy dispersion, the diaphragm mu and collector.

Недостатком данного устройства является использование магнитных полюсных наконечников, так как постоянные магниты имеют неоднородность магнитного поля, распространяющуюся от центра к их краям, что, как следствие, ведет к аберрациям. Кроме того, использование постоянных магнитов не обеспечивает возможность изменения величины магнитной индукции в зазоре между ними, что ограничивает применение прибора.The disadvantage of this device is the use of magnetic pole pieces, since the permanent magnets have a nonuniform magnetic field propagating from the center to their edges, which, as a result, leads to aberrations. In addition, the use of permanent magnets does not provide the ability to change the magnitude of the magnetic induction in the gap between them, which limits the use of the device.

В основу предлагаемого технического решения заложена задача создания масс-спектрометра, с высокой разрешающей способностью, позволяющего минимизировать искажения в измерениях, возникающие за счет краевых эффектов, которые присутствуют при использовании постоянных магнитов, и проводить исследования функции распределения ионов по скоростям для разных масс.The basis of the proposed technical solution is the task of creating a mass spectrometer with a high resolution, which minimizes the distortions in measurements arising from the edge effects that are present when using permanent magnets and studies the ion velocity distribution function for different masses.

Техническим эффектом данного изобретения является:The technical effect of this invention is:

- повышение точности измерения массового состава ионного потока, т.е. разрешающей способности устройства;- improving the accuracy of measuring the mass composition of the ion flux, i.e. device resolution;

- возможность получения функции распределения для конкретной массы иона по скоростям;- the possibility of obtaining a distribution function for a specific ion mass over velocities;

- расширение функциональных возможностей устройства за счет возможности получения спектра ионного потока изменением магнитного или электрического полей.- expanding the functionality of the device due to the possibility of obtaining the spectrum of the ion flux by changing the magnetic or electric fields.

Решение поставленной задачи и соответствующий технический результат достигаются тем, что в масс-спектрометре, содержащем размещенные последовательно в заземленной вакуумной камере по направлению распространения исследуемого потока ионов от ее входного отверстия сепаратор по скоростям ионов, который выполнен в виде двух параллельных друг другу электродов с токовводами и имеет заземленные входную и выходную диафрагмы, сепаратор по массам ионов, выполненный в виде электростатического анализатора, который имеет два параллельных друг другу электрода цилиндрической формы с токовводами и снабжен заземленными входной и выходной диафрагмами с токовводами, а также коллектор с токовводом и присоединенным к нему вне вакуумной камеры регистрирующим устройством, при этом электроды сепаратора по скоростям ионов выполнены в виде коаксиальных внешнего и внутреннего цилиндрических электродов, между которыми в торцах размещены тонкие кольца из диэлектрика, причем в каждом кольце в его продольном направлении выполнено сквозное отверстие, оси сквозных отверстий в кольцах сепаратора по скоростям ионов совпадают с осями входного отверстия вакуумной камеры Z, а также отверстий входной и выходной диафрагм сепаратора по скоростям ионов, при этом сепаратор по скоростям ионов снабжен электромагнитной обмоткой, которая имеет токоввод и охватывает внешний и внутренний цилиндрические электроды сепаратора по скоростям ионов с внешней и внутренней стороны соответственно, а также кольца между ними, причем входная диафрагма сепаратора по скоростям ионов размещена в вакуумной камере у ее входного отверстия, кроме того, устройство снабжено генераторами импульсов напряжений сложной формы для управления напряжением внешнего и внутреннего цилиндрических электродов, а также для управления электромагнитной обмоткой сепаратора по скоростям ионов, и напряжением на электродах сепаратора по массам ионов, токовводы которых присоединены к выходам соответствующих генераторов импульсов напряжений сложной формы, помимо того, устройство снабжено многоканальным импульсным генератором, который имеет независимые каналы по числу генераторов импульсов напряжений сложной формы и выполнен с возможностью формирования импульсов напряжения на выходах независимых каналов, которые соединены с входами генераторов импульсов напряжений сложной формы для управления напряжениями на электродах сепаратора по массам ионов с временной задержкой tзад более времени пролета ионами расстояния между выходной диафрагмой сепаратора по скоростям ионов и входной диафрагмой сепаратора по массам ионов относительно импульсов напряжения на выходах независимых каналов, которые соединены с входами генераторов импульсов напряжений сложной формы для управления напряжением внешнего и внутреннего цилиндрических электродов, а также для управления электромагнитной обмоткой сепаратора по скоростям ионов.The solution of the problem and the corresponding technical result are achieved by the fact that in the mass spectrometer containing sequentially placed in a grounded vacuum chamber in the direction of propagation of the studied ion flow from its inlet, the separator according to ion velocities, which is made in the form of two electrodes parallel to each other with current leads and has grounded input and output diaphragms, an ion mass separator made in the form of an electrostatic analyzer, which has two parallel d it has a cylindrical electrode with current leads and is equipped with a grounded input and output diaphragms with current leads, as well as a collector with a current lead and a recording device attached to it outside the vacuum chamber, while the separator electrodes are made in the form of coaxial external and internal cylindrical electrodes, between which thin dielectric rings are placed at the ends, and a through hole is made in each ring in its longitudinal direction, the axis of the through holes in the separation rings The pores in terms of ion velocities coincide with the axes of the inlet of the vacuum chamber Z, as well as the holes of the inlet and outlet diaphragms of the separator in terms of ion velocities, while the separator in terms of ion velocities is equipped with an electromagnetic coil, which has a current lead and encompasses the outer and inner cylindrical electrodes of the separator in terms of ion velocities with the outer and inner sides, respectively, as well as the rings between them, and the input diaphragm of the separator according to the ion velocities is placed in the vacuum chamber at its inlet, in addition The property is equipped with complex voltage pulse generators for controlling the voltage of the external and internal cylindrical electrodes, as well as for controlling the electromagnetic coil of the separator according to ion velocities, and the voltage on the separator electrodes by ion masses, the current leads of which are connected to the outputs of the corresponding voltage pulse generators of complex shape, in addition , the device is equipped with a multi-channel pulse generator, which has independent channels in the number of voltage pulse generators of the layer hydrochloric shape and is configured to generate voltage pulses on independent channel outputs, which are connected to the inputs of the pulse complex shape voltage generator to control the voltages on the electrodes a separator of the masses of the ions with a time delay t ass a time span distances ions between the outlet orifice of the separator for the ion velocity and the input diaphragm of the separator according to the masses of ions relative to the voltage pulses at the outputs of independent channels that are connected to the inputs of the pulse generators complex voltages for controlling the voltage of the external and internal cylindrical electrodes, as well as for controlling the electromagnetic winding of the separator according to ion velocities.

Предлагаемый в данном устройстве анализатор с комбинацией электрического и магнитного полей выполнен с ортогональной ориентацией напряженностей электрического и магнитного полей и играет роль сепаратора по скоростям поступающих на него частиц потока ионов. В данном масс-спектрометре после сепаратора по скоростям расположен электростатический анализатор, разделяющий поток частиц по величине отношения энергии к заряду. Поскольку, при фиксированной скорости энергия частицы пропорциональна массе, то на выходе электростатического анализатора ионы будут разделены по массам. Таким образом, в предлагаемом устройстве реализуется возможность измерения функции распределения ионов по скоростям для разных масс. Данное обстоятельство расширяет возможности масс-спектрометра, обеспечивает отличительный подход к диагностике заряженных частиц и высокую точность исследований состава ионизированных веществ.The analyzer proposed in this device with a combination of electric and magnetic fields is made with the orthogonal orientation of the electric and magnetic fields and plays the role of a separator according to the velocities of the particles of the ion flow entering it. In this mass spectrometer, after the speed separator, there is an electrostatic analyzer that separates the particle flux by the magnitude of the energy to charge ratio. Since, at a fixed speed, the particle energy is proportional to the mass, then the ions will be divided by mass at the output of the electrostatic analyzer. Thus, in the proposed device, it is possible to measure the distribution function of ions by velocity for different masses. This circumstance expands the capabilities of the mass spectrometer, provides a distinctive approach to the diagnosis of charged particles and high accuracy of studies of the composition of ionized substances.

На Фиг.1 - схематично изображен предлагаемый масс-спектрометр в разрезе.Figure 1 - schematically shows the proposed mass spectrometer in section.

На Фиг.2 - схематично показаны электроды сепаратора по скоростям ионов, изолированные кольцами из диэлектрика и снабженные электромагнитной обмоткой.Figure 2 - schematically shows the electrodes of the separator according to the speeds of the ions, insulated by rings of dielectric and equipped with an electromagnetic winding.

На Фиг.3 - приведены эпюры импульсных напряжений с выходов независимых каналов многоканального импульсного генератора для запуска генераторов импульсов напряжений сложной формы (вариант управления масс-спектрометром при постоянном напряжении на электромагнитной обмотке).Figure 3 shows the diagrams of pulsed voltages from the outputs of the independent channels of a multichannel pulsed generator for triggering complex voltage pulse generators (a variant of controlling a mass spectrometer with a constant voltage on an electromagnetic coil).

На Фиг.4 - приведены эпюры изменения величин электрических потенциалов на электродах сепараторов по скоростям и массам ионов и их разностей от времени;Figure 4 - shows the diagrams of changes in the values of electric potentials on the electrodes of the separators according to the velocities and masses of ions and their differences from time to time;

На Фиг.5 - приведены эпюры импульсных напряжений с выходов независимых каналов многоканального импульсного генератора для запуска генераторов импульсов напряжений сложной формы (вариант управления масс-спектрометром импульсным сигналом на электромагнитной обмотке).Figure 5 shows the diagrams of pulsed voltages from the outputs of the independent channels of a multi-channel pulsed generator for triggering complex voltage pulse generators (an option for controlling a mass spectrometer with a pulsed signal on an electromagnetic coil).

На Фиг.6 - приведены эпюры изменения величин электрических потенциалов на электромагнитной обмотке сепаратора по скоростям, на электродах сепаратора по массам и их разности от времени.Figure 6 shows the diagrams of changes in the values of electric potentials on the electromagnetic coil of the separator in terms of speed, on the electrodes of the separator in mass and their difference in time.

Устройство на Фиг.1 содержит размещенные последовательно в заземленной вакуумной камере - 1 по направлению распространения исследуемого потока ионов от входного отверстия (с осью Z) вакуумной камеры 1 сепараторы ионов по скоростям и по массам.The device of FIG. 1 comprises successively placed in a grounded vacuum chamber - 1 in the direction of propagation of the test ion flow from the inlet (with the Z axis) of the vacuum chamber 1, ion separators in speed and mass.

Сепаратор по скоростям ионов на Фиг.1 и Фиг.2 содержит: внешний цилиндрический электрод - 2 с токовводом; внутренний цилиндрический электрод - 3 с токовводом; входную диафрагму - 4, которая заземлена; выходную диафрагму - 5, которая заземлена. При этом внешний 2 и внутренний 3 электроды выполнены коаксиальными с осью O.The separator for ion velocities in figure 1 and figure 2 contains: an external cylindrical electrode - 2 with a current lead; inner cylindrical electrode - 3 with current lead; input diaphragm - 4, which is grounded; output diaphragm - 5, which is grounded. The external 2 and internal 3 electrodes are made coaxial with the axis O.

Сепаратор по массам ионов на Фиг.1 имеет: электрод - 6 цилиндрической формы с радиусом R6; электрод - 7 цилиндрической формы с радиусом R7; входную диафрагму - 8, которая заземлена; выходную диафрагму - 9, которая заземлена.The separator by mass of ions in figure 1 has: an electrode - 6 of a cylindrical shape with a radius of R6; electrode - 7 cylindrical with a radius of R7; input diaphragm - 8, which is grounded; output diaphragm - 9, which is grounded.

В вакуумной камере 1 по направлению распространения потока ионов после сепаратора по массам размещен коллектор - 10.In the vacuum chamber 1 in the direction of propagation of the ion flux after the separator by mass, a collector - 10 is placed.

Кроме того, сепаратор по скоростям ионов имеет: тонкое кольцо - 11 из диэлектрика, размещенное во входном по направлению распространения потока ионов торце электродов 2 и 3; тонкое кольцо - 12 из диэлектрика, размещенное в выходном по направлению распространения потока ионов торце электродов 2 и 3.In addition, the separator according to ion velocities has: a thin ring - 11 made of a dielectric, located at the end of the electrodes 2 and 3 in the inlet along the ion flow direction; a thin ring - 12 of a dielectric, placed in the outlet end in the direction of propagation of the ion flow by the end of the electrodes 2 and 3.

При этом кольца 11 и 12 имеют выполненные в продольном направлении сквозные отверстия соответственно 13 и 14, оси которых совпадают с осью Z входного отверстия вакуумной камеры 1 и осями входной 4 и выходной 5 диафрагм сепаратора по скоростям ионов.In this case, the rings 11 and 12 have through holes made in the longitudinal direction, respectively 13 and 14, the axes of which coincide with the Z axis of the inlet of the vacuum chamber 1 and the axes of the inlet 4 and outlet 5 of the separator diaphragms according to ion velocities.

Кроме того, сепаратор по скоростям снабжен электромагнитной обмоткой - 15, которая имеет токоввод и охватывает внешний электрод 2 с его внешней стороны, а внутренний электрод 3 с его внутренней стороны, и размещенные в их торцах кольца 11, 12.In addition, the speed separator is equipped with an electromagnetic coil - 15, which has a current lead and covers the outer electrode 2 from its outer side, and the inner electrode 3 from its inner side, and the rings 11, 12 located at their ends.

Вне вакуумной камеры 1 предлагаемый масс-спектрометр содержит: генератор импульсов напряжения сложной формы - 16 для управления напряжением на внешнем 2 электроде сепаратора по скоростям ионов; генератор импульсов напряжения сложной формы - 17 для управления напряжением на внутреннем 3 электроде сепаратора по скоростям ионов; генератор импульсов напряжения сложной формы - 18 для управления напряжением электромагнитной обмотки 15 сепаратора по скоростям; генератор импульсов напряжения сложной формы - 19 для управления напряжением на электроде 6 сепаратора по массам ионов; генератор импульсов напряжения сложной формы - 20 для управления напряжением на электроде 7 сепаратора по массам ионов; многоканальный импульсный генератор - 21 с числом независимых каналов не менее числа генераторов импульсов напряжении сложной формы в устройстве в целом.Outside the vacuum chamber 1, the proposed mass spectrometer contains: a complex voltage pulse generator - 16 for controlling the voltage at the external 2 electrode of the separator according to ion velocities; complex voltage pulse generator - 17 for controlling the voltage on the inner 3 electrode of the separator according to ion velocities; complex voltage pulse generator - 18 for controlling the voltage of the electromagnetic winding 15 of the separator by speed; a complex shape voltage pulse generator - 19 for controlling the voltage at the electrode 6 of the separator by ion masses; complex voltage pulse generator - 20 for controlling the voltage at the electrode 7 of the separator by ion masses; multichannel pulse generator - 21 with the number of independent channels not less than the number of pulse generators of complex voltage in the device as a whole.

Кроме того, к токовводу коллектора 10 вне вакуумной камеры 1 присоединено регистрирующее устройство - 22.In addition, to the current lead of the collector 10 outside the vacuum chamber 1 is attached a recording device - 22.

Работает показанный на Фиг.1 и Фиг.2 масс-спектрометр следующим образом.The mass spectrometer shown in FIG. 1 and FIG. 2 operates as follows.

В сепараторе скоростей (Фиг.2) внешний 2 и внутренний 3 цилиндрические электроды длиной lc, с радиусами соответственно Rc2 и Rc3 с общей осью O выполнены из металла (либо из металлической сетки), при этом удовлетворяют условию (Rc2-Rc3)<<Rc2 и расположены коаксиально и закреплены между собой при помощи диэлектрических тонких колец 11 и 12.In the speed separator (Figure 2), the outer 2 and inner 3 cylindrical electrodes of length l c , with radii R c2 and R c3, respectively, with a common axis O are made of metal (or of a metal mesh), while satisfying the condition (R c2 -R c3 ) << R c2 and are located coaxially and are fixed to each other by means of thin dielectric rings 11 and 12.

Вдоль внешней поверхности электрода 2 и внутренней поверхности электрода 3 намотана тороидальная электромагнитная обмотка 15 с равномерным числом витков по азимуту. Через электромагнитную обмотку 15 пропускается постоянный ток, и в зазоре между электродами 2 и 3 создается постоянное магнитное поле азимутального направления величиной индукции В.A toroidal electromagnetic coil 15 with a uniform number of turns in azimuth is wound along the outer surface of the electrode 2 and the inner surface of the electrode 3. A direct current is passed through the electromagnetic winding 15, and a constant magnetic field of the azimuthal direction is generated by the induction value B in the gap between the electrodes 2 and 3.

На внутренний электрод 3 подается отрицательное напряжение, а на внешний электрод 2 - положительное относительно земли (корпуса масс-спектрометра). Таким образом, между двумя электродами 2 и 3, при подаче на них напряжений и при пропускании тока через электромагнитную обмотку 15, возникают скрещенные электрическое и магнитное поле. Сепаратор скоростей ионов имеет конструкцию, которая обеспечивает магнитное поле, равномерно распределенное вдоль поверхностей внешнего 2 и внутреннего 3 электродов. Как следствие этого, уменьшение краевых эффектов и снижение аберраций. На входе частиц в сепаратор скоростей расположена входная диафрагма 4, на выходе частиц - выходная диафрагма 5, диаметр отверстий диафрагм 4 и 5 значительно меньше разности радиусов Rc2 и Rc3 внешнего 2 и внутреннего 3 электродов соответственно. Диэлектрические тонкие кольца 11 и 12 имеют отверстия, диаметр которых также много меньше разности радиусов Rc2 и Rc3, а оси расположены строго вдоль оси входного отверстия Z вакуумной камеры 1 по образующей цилиндра с радиусом RcZ и осью O (см. фиг.2). Таким образом, частицы могут проходить через входную 4 и выходную 5 диафрагмы вдоль скрещенных электрического и магнитного полей. Электроды 6 и 7 электростатического анализатора представляют собой два цилиндрических электрода, расположенных коаксиально на расстоянии (R7-R6)<<R7 друг от друга. На электрод 7 подается положительное напряжение, а на электрод 6 - отрицательное напряжение относительно земли (вакуумного корпуса 1). Электростатический анализатор (сепаратор по массам ионов) разворачивает частицы на 90° (либо на 180°, либо на 270°).A negative voltage is supplied to the internal electrode 3, and positive to the ground (the mass spectrometer case) to the external electrode 2. Thus, between the two electrodes 2 and 3, when voltage is applied to them and current is passed through the electromagnetic coil 15, crossed electric and magnetic fields arise. The ion velocity separator has a structure that provides a magnetic field uniformly distributed along the surfaces of the outer 2 and inner 3 electrodes. As a consequence of this, a decrease in edge effects and a reduction in aberrations. An input diaphragm 4 is located at the particle inlet of the speed separator, an output diaphragm 5 is located at the particle exit, the diameter of the apertures 4 and 5 is much smaller than the difference of the radii R c2 and R c3 of the outer 2 and inner 3 electrodes, respectively. The thin dielectric rings 11 and 12 have holes, the diameter of which is also much smaller than the difference of the radii R c2 and R c3 , and the axes are located strictly along the axis of the inlet Z of the vacuum chamber 1 along the generatrix of the cylinder with radius R cZ and axis O (see Fig. 2 ) Thus, particles can pass through the input 4 and output 5 of the diaphragm along crossed electric and magnetic fields. The electrodes 6 and 7 of the electrostatic analyzer are two cylindrical electrodes located coaxially at a distance of (R 7 -R 6 ) << R 7 from each other. A positive voltage is supplied to the electrode 7, and a negative voltage relative to the earth (vacuum housing 1) is supplied to the electrode 6. An electrostatic analyzer (ion mass separator) rotates particles 90 ° (either 180 ° or 270 °).

Многоканальный импульсный генератор 21 служит для синхронизации запуска генераторов импульсных напряжений сложной формы 16, 17, 19, 20. Эпюры импульсов напряжений вырабатываемых генератором 21, используемых для запуска генераторов импульсных напряжений сложной формы 16, 17, 19, 20, представлены на Фиг.3.Multi-channel pulse generator 21 is used to synchronize the start of pulse voltage generators of complex shape 16, 17, 19, 20. The plot of the voltage pulses generated by the generator 21, used to start the pulse voltage generators of complex shape 16, 17, 19, 20, are presented in Figure 3.

Генератор импульсных напряжений 16 подает сигнал на внешний электрод 2 сепаратора скоростей. Генератор импульсных напряжений сложной формы 17 подает сигнал на внутренний электрод 3 сепаратора скоростей. Генератор импульсных напряжений сложной формы 19 подает сигнал на электрод 6 сепаратора по массам. Генератор импульсных напряжений сложной формы 20 подает сигнал на электрод 7 сепаратора по массам. Период следования импульсов T генераторов импульсных напряжений сложной формы 16, 17, 19, 20 одинаков и должен быть существенно больше времени пролета tпролета частиц ионного пучка вдоль оси Z в сепараторе скоростей равного:The pulse voltage generator 16 supplies a signal to the external electrode 2 of the speed separator. The pulse voltage generator of complex shape 17 provides a signal to the inner electrode 3 of the speed separator. The pulse voltage generator of complex shape 19 provides a signal to the electrode 6 of the separator by mass. The pulse voltage generator of complex shape 20 provides a signal to the electrode 7 of the separator by mass. The pulse repetition period T of pulse voltage generators of complex shape 16, 17, 19, 20 is the same and should be significantly longer than the flight time t of the flight of the ion beam particles along the Z axis in the speed separator equal to:

Figure 00000001
Figure 00000001

где: lc - длина сепаратора скоростей;where: l c is the length of the speed separator;

υmin - наименьшая скорость частиц в пучке.υ min is the lowest particle velocity in the beam.

При подаче напряжения многоканальным импульсным генератором 21 на генераторы импульсных напряжений сложной формы 16, 17, 19, 20 обеспечиваются временные задержки импульсов (см. Фиг.3). Сначала импульсы подаются генераторами импульсных напряжений сложной формы 16 и 17 на внешний 2 и внутренний 3 электроды соответственно, спустя время tзад (tзад - время задержки подачи импульсов между генераторами импульсных напряжений сложной формы 16, 17 и 19, 20, которое должно быть больше времени пролета ионов расстояния между выходной диафрагмой 5 сепаратора скоростей и входной диафрагмой 8 электростатического анализатора - сепаратора по массам) подаются импульсы генераторами импульсных напряжений сложной формы 19 и 20 на электроды 6 и 7 соответственно.When voltage is applied by a multi-channel pulse generator 21 to pulse voltage generators of complex shape 16, 17, 19, 20, time delays of pulses are provided (see FIG. 3). First, the pulses are supplied by pulsed voltage generators of complex shape 16 and 17 to the outer 2 and inner 3 electrodes, respectively, after a time t ass (t ass is the delay time of the pulse supply between pulsed voltage generators of complex shape 16, 17 and 19, 20, which should be greater the time of flight of the ions, the distance between the output diaphragm 5 of the speed separator and the input diaphragm 8 of the electrostatic analyzer - mass separator) pulses are supplied by pulsed voltage generators of complex shape 19 and 20 to the electrodes 6 and 7, respectively naturally.

Генератор импульсных напряжений сложной формы 16 воспроизводит сигнал ступенчатой формы. Амплитуды приложенных к внешнему электроду 2 потенциалов увеличиваются со временем. Величина начального потенциала от генератора импульсных напряжений сложной формы 16 -

Figure 00000002
, спустя интервал времени, равный T, сигнал изменится до величины
Figure 00000003
, и так далее до
Figure 00000004
(см. фиг.4). Генератор импульсных напряжений сложной формы 17 воспроизводит сигналы ступенчатой формы, полярность которых противоположна, а длительность совпадает с сигналами, вырабатываемыми генератором импульсных напряжений сложной формы 16. Величина начального потенциала от генератора импульсных напряжений сложной формы 17 -
Figure 00000005
, спустя интервал времени, равный T, сигнал изменится до величины
Figure 00000006
, и так далее до
Figure 00000007
. Разность потенциалов между внешним 2 и внутренним 3 электродами изначально равна
Figure 00000008
, спустя интервал времени, равный T, разность потенциалов между внешним 2 и внутренним 3 электродами
Figure 00000009
, и так далее. Таким образом,
Figure 00000010
,
Figure 00000011
, …,
Figure 00000012
, где n - количество шагов, определяющих точность измерения распределения ионов по скоростям.The pulse voltage generator of complex shape 16 reproduces a step-shaped signal. The amplitudes of the potentials applied to the external electrode 2 increase with time. The value of the initial potential from the pulse generator of complex shape 16 -
Figure 00000002
, after a time interval equal to T, the signal will change to a value
Figure 00000003
and so on until
Figure 00000004
(see figure 4). The pulse voltage generator of complex shape 17 reproduces step-shaped signals whose polarity is opposite, and the duration coincides with the signals generated by the pulse voltage generator of complex shape 16. The initial potential from the pulse voltage generator of complex shape 17 -
Figure 00000005
, after a time interval equal to T, the signal will change to a value
Figure 00000006
and so on until
Figure 00000007
. The potential difference between the external 2 and internal 3 electrodes is initially equal to
Figure 00000008
, after a time interval equal to T, the potential difference between the external 2 and internal 3 electrodes
Figure 00000009
, and so on. In this way,
Figure 00000010
,
Figure 00000011
, ...,
Figure 00000012
, where n is the number of steps determining the accuracy of measuring the distribution of ions over velocities.

Генератор импульсных напряжений сложной формы 19 воспроизводит сигнал пилообразной формы с амплитудой потенциала, приложенного к электроду 6 и убывающего до величины Ф6. Генератор импульсных напряжений сложной формы 20 воспроизводит сигнал пилообразной формы потенциала, приложенного к электроду 7 и возрастающего до величины Ф7, противоположной полярности с амплитудой потенциала, приложенного к электроду 6 спектрометра по массам. Распределение потенциала между электродами 6 и 7 имеет пилообразную форму и возрастает до величины, равной U7-6, которая определяется разностью потенциалов, приложенных к электродам 7 и 6, U7-676.The pulse voltage generator of complex shape 19 reproduces a sawtooth waveform with an amplitude of the potential applied to the electrode 6 and decreasing to a value of F 6 . The complex voltage pulse generator 20 reproduces a sawtooth waveform of a potential applied to the electrode 7 and increasing to a value of Ф 7 of opposite polarity with the amplitude of the potential applied to the mass spectrometer electrode 6. The potential distribution between the electrodes 6 and 7 has a sawtooth shape and increases to a value equal to U 7-6 , which is determined by the potential difference applied to the electrodes 7 and 6, U 7-6 = Ф 76 .

При этом от генератора импульсов напряжений сложной формы 18 на электромагнитную обмотку 15 подается напряжение постоянной величины (см. фиг.3).In this case, from a voltage pulse generator of complex shape 18, a constant voltage is applied to the electromagnetic winding 15 (see FIG. 3).

Масс-спектрометр работает следующим образом.Mass spectrometer works as follows.

Исследуемый поток ионов проходит через заземленную входную диафрагму 4, затем попадает в сепаратор скоростей. Сепаратор скоростей действует на заряженные частицы (ионы) подобно фильтру Вина, физический принцип действия которого таков: начальная скорость

Figure 00000013
заряженных частиц направлена перпендикулярно взаимно ортогональным векторам напряженности электрического
Figure 00000014
поля и индукции магнитного
Figure 00000015
поля. На частицу, движущуюся в скрещенных электрическом и магнитном полях, действуют электрическая сила
Figure 00000016
, равная
Figure 00000017
(где q - заряд иона), и магнитная сила Лоренца
Figure 00000018
(см. Фиг.2). Электрическая сила
Figure 00000019
направлена от внешнего электрода 2 к внутреннему электроду 3, как показано на Фиг.2, магнитная сила Лоренца
Figure 00000020
направлена от внутреннего электрода 3 к внешнему электроду 2, так как в выражении
Figure 00000021
присутствует векторное произведение скорости частицы и индукции магнитного поля, следовательно, результирующий вектор, то есть сила Лоренца, направлен взаимно ортогонально двум указанным векторам. При условии, когда
Figure 00000022
, эти силы точно уравновешивают друг друга. Если это условие выполняется, частица будет двигаться равномерно и прямолинейно. При заданных значениях электрического и магнитного полей сепаратор скоростей выделит частицы, движущиеся с определенной скоростью
Figure 00000023
, независимо от величины их массы. Для частиц с иной скоростью сепаратор скоростей является ионной ловушкой.The studied ion flow passes through a grounded inlet diaphragm 4, then enters the speed separator. The speed separator acts on charged particles (ions) like a Wien filter, the physical principle of which is as follows: initial velocity
Figure 00000013
charged particles directed perpendicular to mutually orthogonal electric intensity vectors
Figure 00000014
field and magnetic induction
Figure 00000015
fields. A particle moving in crossed electric and magnetic fields is affected by an electric force.
Figure 00000016
equal to
Figure 00000017
(where q is the ion charge), and the magnetic Lorentz force
Figure 00000018
(see Figure 2). Electric power
Figure 00000019
directed from the outer electrode 2 to the inner electrode 3, as shown in FIG. 2, the Lorentz magnetic force
Figure 00000020
directed from the inner electrode 3 to the outer electrode 2, as in the expression
Figure 00000021
there is a vector product of particle velocity and magnetic field induction, therefore, the resulting vector, that is, the Lorentz force, is mutually orthogonal to the two indicated vectors. Provided when
Figure 00000022
, these forces precisely balance each other. If this condition is satisfied, the particle will move uniformly and rectilinearly. For given values of electric and magnetic fields, the speed separator will isolate particles moving with a certain speed
Figure 00000023
, regardless of the size of their mass. For particles with a different velocity, the velocity separator is an ion trap.

В предлагаемом сепараторе скоростей направление скорости

Figure 00000024
влетающих в него ионов параллельно направлению оси Z, а напряженность электрического поля перпендикулярна направлению скорости ионов в направлении от внешнего электрода 2 к внутреннему 3, индукция магнитного поля ортогональна направлению скорости ионов и напряженности электрического поля.In the proposed speed separator, the direction of speed
Figure 00000024
ions entering it parallel to the direction of the Z axis, and the electric field is perpendicular to the direction of ion velocity in the direction from the outer electrode 2 to the inner 3, the magnetic field is orthogonal to the direction of ion velocity and electric field strength.

В работе («Особенности движения заряженных частиц в трансляционно-симметричных взаимно ортогональных электрическом и магнитном полях», П.М. Тюрюканов // Журнал технической физики, том LI // 1981) - [3] подробно описаны условия движения заряженных частиц в трансляционно-симметричных электромагнитных полях. Приведены расчеты для продольной и поперечной составляющих скоростей ионов в скрещенных полях. А также получено выражение для границы области, возможной для движения частиц. Из приведенных расчетов видны условия движения ионов в скрещенных полях. Распределение электростатического потенциала в пространстве между электродами 2 и 3 имеет логарифмическую зависимость. Приведенные в работе [3] расчеты показывают важность того факта, что напряженность электрического поля

Figure 00000025
и индукция магнитного поля
Figure 00000026
распределены по одинаковому закону. Учитывая расчеты в работе [3], можно утверждать, что в предлагаемой конструкции сепаратора скоростей обеспечивается условие, когда E(r)~1/r и B(r)~1/r (где: r - расстояние, которое пролетает ион вдоль оси Z при заданных значениях E и B), а это способствует отсутствию искажений и высокой точности прибора.In the work (“Peculiarities of the motion of charged particles in translationally symmetric mutually orthogonal electric and magnetic fields”, P. M. Tyuryukanov // Journal of Technical Physics, Volume LI // 1981) - [3] describes in detail the conditions for the motion of charged particles in translational symmetric electromagnetic fields. Calculations are given for the longitudinal and transverse components of the ion velocities in crossed fields. And also an expression is obtained for the boundary of the region possible for particle motion. From the above calculations, the conditions for the motion of ions in crossed fields are visible. The distribution of the electrostatic potential in the space between electrodes 2 and 3 has a logarithmic dependence. The calculations presented in [3] show the importance of the fact that the electric field
Figure 00000025
and magnetic field induction
Figure 00000026
distributed according to the same law. Given the calculations in [3], it can be argued that in the proposed design of the speed separator the condition is provided when E (r) ~ 1 / r and B (r) ~ 1 / r (where: r is the distance that the ion flies along the axis Z at given values of E and B), and this contributes to the absence of distortion and high accuracy of the device.

Так как на генераторы импульсных напряжений сложной формы 16 и 17 подаются ступенчатые сигналы разной полярности, а от генератора импульсов напряжений сложной формы 18 подается постоянное напряжение на электромагнитную обмотку 15, сепаратор по скоростям выделяет частицы с определенной скоростью

Figure 00000027
на участке длительностью T1 и величиной разности потенциалов
Figure 00000028
. После увеличения потенциала до величины
Figure 00000029
, в течение времени T2 сепаратор по скоростям выделяет из ионного пучка частицы со скоростью
Figure 00000030
. Аналогично при возрастании потенциала до
Figure 00000031
в течение времени Tn сепаратор скоростей выделит частицы со скоростью
Figure 00000032
.Since stepwise signals of different polarity are supplied to pulse voltage generators of complex shape 16 and 17, and a constant voltage is applied to the electromagnetic coil 15 from the voltage pulse generator of complex shape 18, the speed separator emits particles with a certain speed
Figure 00000027
on the site of duration T 1 and the value of the potential difference
Figure 00000028
. After increasing the potential to a value
Figure 00000029
, over time T 2 the speed separator separates particles from the ion beam at a speed
Figure 00000030
. Similarly, when the potential increases to
Figure 00000031
over time T n, the speed separator will emit particles at a speed
Figure 00000032
.

Далее частицы с одним и тем же значением скорости, проходя заземленную выходную диафрагму 5 сепаратора по скоростям, а затем диафрагму 8, попадают в поле сепаратора по массам (электростатического анализатора) между электродами 6 и 7.Then particles with the same speed value, passing through the grounded output diaphragm 5 of the separator in terms of speed, and then diaphragm 8, fall into the mass separator field (electrostatic analyzer) between the electrodes 6 and 7.

Движение иона в зазоре между электродами 6 и 7 происходит по окружности, радиус траектории R0 которой определяется выражением:The movement of the ion in the gap between the electrodes 6 and 7 occurs in a circle, the radius of the trajectory R 0 which is determined by the expression:

Figure 00000033
Figure 00000033

где: m - масса иона;where: m is the mass of the ion;

υ - скорость иона;υ is the ion velocity;

q - заряд иона;q is the ion charge;

U - величина напряжения электрического поля между электродами 6 и 7 сепаратора по массам.U is the magnitude of the electric field voltage between the electrodes 6 and 7 of the separator by mass.

Следовательно, прошедшие сепаратор по скоростям ионы имеют фиксированную скорость υ и различные массы m. При заданном напряжении U в сепараторе по массам будут двигаться по соответствующим их массам траекториям. Таким образом, при определенном значении напряжения U, будут выделены частицы с определенной массой m. Задавая различные значения напряжения U, можно получить весь масс-спектр при фиксированной скорости υ.Consequently, ions passing through the velocity separator have a fixed velocity υ and various masses m. At a given voltage U in the separator, the masses will move along the trajectories corresponding to their masses. Thus, at a certain value of voltage U, particles with a certain mass m will be selected. By setting various values of the voltage U, it is possible to obtain the entire mass spectrum at a fixed speed υ.

Подача сигналов пилообразной формы от генераторов импульсных напряжений сложной формы 19 и 20 на электроды 6 и 7 обеспечивает развертку масс-спектрометра. Амплитуда разности потенциалов U7-676 выбирается в зависимости от того, какова масса самой тяжелой частицы в спектре. Частицы со скоростью

Figure 00000034
, выделенные сепаратором скоростей в течение времени T1 при величине потенциала
Figure 00000028
(см. Фиг.4), попадая в поле сепаратора по массам электродов 6 и 7, благодаря сигналу пилообразной формы на них, сепарируются по массам. Поскольку при фиксированной скорости энергия частицы пропорциональна массе, то на выходе сепаратора по массам ионы будут разделены в соответствии с их массовыми числами. В течение второго интервала времени T2 частицы со скоростью
Figure 00000030
, прошедшие сепаратор скоростей, когда напряжение между его электродами принимает величину
Figure 00000029
, также сепарируются по массам, попадая в поле сепаратора по массам между электродами 6 и 7. Аналогично в последующие интервалы времени Т3, Т4 … Tn при величинах напряжений на сепараторе скоростей
Figure 00000035
,
Figure 00000036
Figure 00000037
, сепаратором по скоростям будут выделяться частицы с фиксированными скоростями
Figure 00000038
,
Figure 00000039
, …
Figure 00000040
, а затем сепарироваться по массам в поле сепаратора по массам.The supply of sawtooth signals from pulse generators of complex shape 19 and 20 to the electrodes 6 and 7 provides a scan of the mass spectrometer. The amplitude of the potential difference U 7-6 = Ф 76 is selected depending on what is the mass of the heaviest particle in the spectrum. Particles with speed
Figure 00000034
separated by a speed separator over time T 1 at the potential value
Figure 00000028
(see Figure 4), getting into the field of the separator by the masses of the electrodes 6 and 7, due to the sawtooth signal on them, are separated by masses. Since at a fixed speed the particle energy is proportional to the mass, then at the separator output, the masses of the ions will be separated in accordance with their mass numbers. During the second time interval T 2 particles with speed
Figure 00000030
passing the speed separator when the voltage between its electrodes takes the value
Figure 00000029
are also separated by mass, getting into the separator field by mass between the electrodes 6 and 7. Similarly, in subsequent time intervals T 3 , T 4 ... T n at the voltage separator
Figure 00000035
,
Figure 00000036
...
Figure 00000037
, with a speed separator, particles with fixed speeds will be released
Figure 00000038
,
Figure 00000039
, ...
Figure 00000040
and then separated by mass in the mass separator field.

Затем выделенные по массам ионы проходят заземленную диафрагму 9 и попадают на коллектор 10, создавая в его цепи ток, который регистрируется устройством 22 в виде ряда пиков.Then, the ions separated by masses pass through the grounded diaphragm 9 and fall on the collector 10, creating a current in its circuit, which is recorded by the device 22 in the form of a series of peaks.

Так же развертка спектра по скоростям может быть получена путем изменения магнитного поля электромагнитной обмотки 15 (см. Фиг.5), что расширяет функциональные возможности масс-спектрометра. При этом электрическое поле между электродами 2 и 3 должно быть постоянным, что обеспечивается подачей на электроды 2 и 3 от генераторов импульсных напряжений сложной формы 16 и 17 потенциалов постоянной величины, таким образом, электрическое поле в зазоре между внешним электродом 2 и внутренним электродом 3 постоянно. От генератора импульсов напряжений сложной формы 18 подается ступенчатый сигнал на электромагнитную обмотку 15 (см. Фиг.6), сепаратор скоростей выделяет частицы с определенной скоростью

Figure 00000041
на участке длительностью T1 и величиной создаваемой магнитной индукции В1. Затем сигнал на электромагнитной обмотке 15 увеличивают и создают индукцию магнитного поля величиной В2, при этом в течение времени Т2 сепаратор частиц выделяет из ионного пучка частицы со скоростью
Figure 00000030
. Аналогично при возрастании индукции магнитного поля до Bn сепаратор скоростей выделит частицы со скоростью
Figure 00000042
. Временная задержка tзад импульсов на электромагнитную обмотку 15, электрод 6 и электрод 7 показаны на Фиг.5.Also, the speed spectrum scan can be obtained by changing the magnetic field of the electromagnetic winding 15 (see Figure 5), which extends the functionality of the mass spectrometer. In this case, the electric field between the electrodes 2 and 3 must be constant, which is ensured by applying to the electrodes 2 and 3 from pulse generators of complex shape 16 and 17 potentials of a constant value, thus, the electric field in the gap between the external electrode 2 and the internal electrode 3 is constant . From the voltage pulse generator of complex shape 18, a stepwise signal is supplied to the electromagnetic coil 15 (see Fig. 6), the speed separator emits particles with a certain speed
Figure 00000041
on the site of duration T 1 and the magnitude of the created magnetic induction In 1 . Then the signal on the electromagnetic winding 15 is increased and magnetic field induction of a value of B 2 is created , while during the time T 2 the particle separator releases particles from the ion beam at a speed
Figure 00000030
. Similarly, with increasing magnetic field induction to B n, the speed separator will separate particles with a speed
Figure 00000042
. The time delay t back pulses to the electromagnetic coil 15, the electrode 6 and electrode 7 are shown in Fig.5.

Далее принцип работы масс-спектрометра схож с ранее описанным вариантом работы устройства.Further, the principle of operation of the mass spectrometer is similar to the previously described embodiment of the device.

Использование предлагаемой конструкции масс-спектрометра позволит реализовать задачу получения распределения ионов исследуемого вещества по скоростям

Figure 00000043
для каждой определенной массы mn.Using the proposed design of the mass spectrometer will allow you to implement the task of obtaining the distribution of ions of the analyte in speeds
Figure 00000043
for each specific mass m n .

Claims (1)

Масс-спектрометр, содержащий размещенные последовательно в заземленной вакуумной камере по направлению распространения исследуемого потока ионов Z от ее входного отверстия сепаратор по скоростям ионов, который выполнен в виде двух параллельных друг другу электродов с токовводами и имеет заземленные входную и выходную диафрагмы, сепаратор по массам ионов, выполненный в виде электростатического анализатора, который имеет два параллельных друг другу электрода цилиндрической формы с токовводами и снабжен заземленными входной и выходной диафрагмами с токовводами, а также коллектор с токовводом и присоединенным к нему вне вакуумной камеры регистрирующим устройством, отличающийся тем, что электроды сепаратора по скоростям выполнены в виде коаксиальных друг другу внешнего и внутреннего цилиндрических электродов, между которыми в торцах размещены тонкие кольца из диэлектрика, при этом в каждом кольце в его продольном направлении выполнено сквозное отверстие, причем оси отверстий в кольцах сепаратора по скоростям совпадают с осями входного отверстия вакуумной камеры Z, а также отверстий входной и выходной диафрагм сепаратора по скоростям, при этом сепаратор по скоростям снабжен электромагнитной обмоткой, которая имеет токоввод и охватывает внешний и внутренний цилиндрические электроды сепаратора по скоростям с внешней и внутренней стороны соответственно, а также кольца между ними, причем входная диафрагма сепаратора по скоростям размещена в вакуумной камере у ее входного отверстия, кроме того, устройство снабжено генераторами импульсов напряжений сложной формы для управления напряжением внешнего и внутреннего цилиндрических электродов, а также для управления электромагнитной обмоткой сепаратора по скоростям и электродами сепаратора по массам, токовводы которых присоединены к выходам соответствующих генераторов импульсов напряжений сложной формы, помимо того, устройство снабжено многоканальным импульсным генератором, который имеет независимые каналы по числу генераторов импульсов напряжений сложной формы и выполнен с возможностью формирования импульсов напряжения на выходах независимых каналов, которые соединены с входами генераторов импульсов напряжений сложной формы для управления электродами сепаратора по массам с временной задержкой tзад более времени пролета ионами расстояния между выходной диафрагмой сепаратора по скоростям и входной диафрагмой сепаратора по массам относительно импульсов напряжения на выходах независимых каналов, которые соединены с входами генераторов импульсов напряжений сложной формы для управления внешним и внутренним цилиндрическими электродами, а также электромагнитной обмоткой сепаратора по скоростям. A mass spectrometer containing a separator arranged in series in a grounded vacuum chamber in the direction of propagation of the studied ion flow Z from its inlet by ion velocities, which is made in the form of two electrodes parallel to each other with current leads and has a grounded input and output diaphragms, a separator by mass of ions made in the form of an electrostatic analyzer, which has two cylindrical electrodes parallel to each other with current leads and is equipped with grounded input and output diaphragms with current leads, as well as a collector with a current lead and a recording device connected to it outside the vacuum chamber, characterized in that the separator electrodes in speeds are made in the form of external and internal cylindrical electrodes coaxial to each other, between which thin dielectric rings are placed at the ends, a through hole is made in each ring in its longitudinal direction, and the axis of the holes in the separator rings coincide in speed with the axes of the inlet of the vacuum chamber Z, and also the openings of the inlet and outlet diaphragms of the separator in terms of speed, while the separator in terms of speed is equipped with an electromagnetic winding that has a current lead and covers the outer and inner cylindrical electrodes of the separator in terms of speed from the outer and inner sides, respectively, as well as the rings between them, and the inlet diaphragm of the separator in speeds are placed in a vacuum chamber at its inlet, in addition, the device is equipped with complex voltage pulse generators to control the voltage of the external and internal cylindrical electrodes, as well as for controlling the electromagnetic winding of the separator by speed and the separator electrodes by mass, the current leads of which are connected to the outputs of the corresponding voltage pulse generators of complex shape, in addition, the device is equipped with a multi-channel pulse generator, which has independent channels in the number of voltage pulse generators of complex forms and is configured to generate voltage pulses at the outputs of independent channels that are connected to the inputs complex voltage pulse generators for controlling the mass separator electrodes with a time delay t ass more than the ion travel time between the separator output diaphragm in speed and the mass separator input diaphragm relative to voltage pulses at the outputs of independent channels that are connected to the inputs of complex voltage pulse generators for controlling the external and internal cylindrical electrodes, as well as the electromagnetic winding of the separator in terms of speed.
RU2013149362/07A 2013-11-07 2013-11-07 Mass spectrometer RU2549367C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013149362/07A RU2549367C1 (en) 2013-11-07 2013-11-07 Mass spectrometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013149362/07A RU2549367C1 (en) 2013-11-07 2013-11-07 Mass spectrometer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2549367C1 true RU2549367C1 (en) 2015-04-27
RU2013149362A RU2013149362A (en) 2015-05-20

Family

ID=53283574

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013149362/07A RU2549367C1 (en) 2013-11-07 2013-11-07 Mass spectrometer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2549367C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4054796A (en) * 1975-06-24 1977-10-18 Nihon Denshi Kabushiki Kaisha Mass spectrometer with superimposed electric and magnetic fields
US6639227B1 (en) * 2000-10-18 2003-10-28 Applied Materials, Inc. Apparatus and method for charged particle filtering and ion implantation
RU2431214C1 (en) * 2010-04-23 2011-10-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный технический университет" (ГОУ ИрГТУ) Method of analysing charged particles based on mass and device for realising said method
RU124434U1 (en) * 2012-06-22 2013-01-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина" MASS SPECTROMETER

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4054796A (en) * 1975-06-24 1977-10-18 Nihon Denshi Kabushiki Kaisha Mass spectrometer with superimposed electric and magnetic fields
US6639227B1 (en) * 2000-10-18 2003-10-28 Applied Materials, Inc. Apparatus and method for charged particle filtering and ion implantation
RU2431214C1 (en) * 2010-04-23 2011-10-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный технический университет" (ГОУ ИрГТУ) Method of analysing charged particles based on mass and device for realising said method
RU124434U1 (en) * 2012-06-22 2013-01-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина" MASS SPECTROMETER

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013149362A (en) 2015-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11646191B2 (en) Instrument, including an electrostatic linear ion trap, for separating ions
US9373490B1 (en) Time-of-flight mass spectrometer
CN102446693B (en) A kind of accelerated method of charged particle and application thereof
US6984821B1 (en) Mass spectrometer and methods of increasing dispersion between ion beams
US11276544B2 (en) Dynamic electron impact ion source
US7148472B2 (en) Aerosol mass spectrometer for operation in a high-duty mode and method of mass-spectrometry
CN111223752B (en) Ion mass screening device in time-of-flight mass spectrum
CN103531432B (en) A kind of method of pulsed ion source, mass spectrometer and generation ion
RU2531369C2 (en) Mass spectrometer and mass spectrometric analysis method
JP6006322B2 (en) Mass spectrometer and mass separator
RU124434U1 (en) MASS SPECTROMETER
RU2549367C1 (en) Mass spectrometer
CA2477278C (en) Cycloidal mass spectrometer
EP1737018A2 (en) Detecting ions in a spectrometer
US7858931B2 (en) Methods and devices for the mass-selective transport of ions
RU169336U1 (en) ELECTROSTATIC CHARGED PARTICLE ENERGY ANALYZER
US10290485B2 (en) Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry
US5872356A (en) Spatially-resolved electrical deflection mass spectrometry
RU136237U1 (en) ANALYZER OF ENERGIES AND MASSES OF CHARGED PARTICLES
WO2013097659A1 (en) Mass analyzer with coil-shaped electric field
US6791079B2 (en) Mass spectrometer based on the use of quadrupole lenses with angular gradient of the electrostatic field
CN203481184U (en) Pulse type ion source and mass spectrometer
RU2266587C1 (en) Ion spectrum measurement process and transit-time ion spectrometer
RU2769377C1 (en) Tof mass spectrometer
RU2708637C1 (en) Method of analyzing ions by energy, mass and charge and device for its implementation

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171108

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20190405

PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20191230

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201108